Le strutture tridimensionali del nitruro di boro potrebbero essere le cose giuste per mantenere freschi i piccoli dispositivi elettronici, secondo gli scienziati della Rice University.

I ricercatori del riso Rouzbeh Shahsavari e Navid Sakhavand hanno completato la prima analisi teorica di come il nitruro di boro 3-D potrebbe essere usato come materiale sintonizzabile per controllare il flusso di calore in tali dispositivi.

Il loro lavoro appare questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali applicati e interfacce .

Nella sua forma bidimensionale, nitruro di boro esagonale (h-BN), noto anche come grafene bianco, assomiglia alla forma spessa di un atomo di carbonio nota come grafene. Una differenza ben studiata è che h-BN è un isolante naturale, dove il grafene perfetto non presenta barriere all'elettricità.

Ma come il grafene, h-BN è un buon conduttore di calore, quantificabile sotto forma di fononi. (Tecnicamente, un fonone è una parte - una "quasiparticella" - in un'eccitazione collettiva di atomi.) L'uso del nitruro di boro per controllare il flusso di calore sembrava degno di uno sguardo più attento, ha detto Shahsavari.

"In genere in tutta l'elettronica, è altamente desiderato ottenere il calore dal sistema nel modo più rapido ed efficiente possibile, " ha detto. "Uno degli svantaggi dell'elettronica, soprattutto quando si dispone di materiali stratificati su un substrato, è che il calore si muove molto rapidamente in una direzione, lungo un piano conduttivo, ma non così buono da uno strato all'altro. Più strati di grafene impilati ne sono un buon esempio".

Il calore si muove balisticamente su piani piani di nitruro di boro, pure, ma le simulazioni Rice hanno mostrato che le strutture 3-D dei piani h-BN collegati da nanotubi di nitruro di boro sarebbero in grado di spostare i fononi in tutte le direzioni, sia nel piano che attraverso i piani, ha detto Shahsavari.

I ricercatori hanno calcolato come i fononi fluirebbero attraverso quattro di queste strutture con nanotubi di varie lunghezze e densità. Hanno scoperto che le giunzioni dei pilastri e degli aerei agivano come semafori gialli, non arrestando ma rallentando notevolmente il flusso dei fononi da strato a strato, ha detto Shahsavari. Sia la lunghezza che la densità dei pilastri influivano sul flusso di calore:pilastri più e/o più corti rallentavano la conduzione, mentre i pilastri più lunghi presentavano meno barriere e quindi acceleravano le cose.

Mentre i ricercatori hanno già realizzato giunzioni grafene/nanotubo di carbonio, Shahsavari credeva che tali giunzioni per i materiali di nitruro di boro potessero essere altrettanto promettenti. "Date le proprietà isolanti del nitruro di boro, possono consentire e completare la creazione di 3-D, nanoelettronica a base di grafene.

"Questo tipo di sistema di gestione termica 3D può aprire opportunità per interruttori termici, o raddrizzatori termici, dove il calore che scorre in una direzione può essere diverso dalla direzione inversa, " Shahsavari ha detto. "Questo può essere fatto cambiando la forma del materiale, o cambiando la sua massa - diciamo che un lato è più pesante dell'altro - per creare un interruttore. Il caldo preferirebbe sempre andare da una parte, ma nella direzione inversa sarebbe più lento."